Equipo de perforación frontal Para minería subterránea donde las galerías y túneles estrechos tienen un espacio limitado, un equipo de perforación frontal pequeña y flexible.
Atlas Copco
Equipos de perforación Roc D3 de Atlas Copco, conocida por su rendimiento en pendientes muy pronunciadas y su habilidad para conseguir perforaciones pequeñas, agujeros de hasta 89 mm (3 ½ ´), con el mismo tamaño, peso y características del terreno motor turbo diesel Cummins. Cabeza de perforación Sonic
El modelo MidSonic, permite una rotación y vibración de 190 kW, ejerciendo una perforación máxima de100 m / 165 mm . Dispone de una fuerza de vibración de 20 toneladas con una presión de caudal de 210 a434 l/min, además incluye un manipulador de carcasa.
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El ahoyador
El ahoyador es un accesorio muy práctico donde haya que hacer agujeros, ya sea para colocar postes, plantar árboles o cualquier otra actividad permite un diámetro máximo de broca de 40 cm y profundidad de1 m
Martillo Hidráulico
Rocket Boomer H 104-38 COP 1238, de un brazo, equipo pequeño para áreas de túneles de 6 a 20 metros cuadrados; Boomer H 281-38 COP 1238, de un brazo, equipo de alta capacidad para áreas de túneles de 6 a 31 metros cuadrados; y Boomer H 282-38 COP 1238, de dos brazos, equipo de alta capacidad para áreas de túneles de 8 a 45 metros cuadrados.
Componentes del perforación rotatoria
taladro
de
Un taladro de perforación rotatorio está compuesto básicamente por cinco sistemas base: Sistema de elevación
Su función principal es soportar el sistema de rotación, además de proporcionar el desplazamiento vertical necesario a la sarta de perforación durante el enrosque o desenrosque de la tubería. Se cree que JOSE LUIS HERNANDEZ SANCHEZ
este es el sistema que mas energía necesita pues es el que tiene que soportar el peso de cientos de metros de tubería pesada y que en ocasiones necesita retirarse lo que implica levantar dicha tubería de manera vertical y estaríamos hablando de decenas de toneladas. Con los avances en la tecnología los antiguos sistemas de poleas se han reducido dando paso a sistemas hidráulicos. Sistema de rotación
Realmente depende del tipo de taladro, el más común es el de mesa rotatoria, el cual consiste en una mesa giratoria ubicada al pie del taladro que posee un agujero en su centro generalmente de forma hexagonal por el cual se introduce la tubería de perforación la cual por también contar con una forma hexagonal rota junto a la mesa. Esta mesa gira porque es accionada por una conexión de diferenciales que va unida a un motor de alta potencia. Sistema de circulación
En este sistema se trabaja con altas presiones, ya que consiste en la circulación de lodo químico a alta presión, cuyo objetivo es "Lubricar", "Refrigerar" y "Transportar" los escombros removidos por la mecha a su paso dentro del terreno. Es de vital importancia ya que sin este sistema el taladro no lograría penetrar ni siquiera 5 metros en el suelo, pues la fricción fuese tremenda y por consiguiente también la temperatura aumentaría y se fundiría la mecha. Sistema de circulación y tratamiento de inyección •Tanques •Zarandas Desgasificadores •Desarenadoresy desarcilladores •Centrífugas •Removedoresde fluidos •Embudos•Bombas centrífugas •Bombas a
pistón Funciones del sistema
•Preparación del fluido •Recuperación a su retorno a la superficie •Mantener limpio el fluido •Tratarlo químicamente •Bombearlo al pozo Tipos de fluidos •Su
composición depende de las características fisico-químicas de las capas a perforar, profundidad final, dis ponibilidad, costos, contaminación, etc. •Se utiliza: agua (dulce o salada), hidrocarburos, mezclas de ambos, gas o aire Propiedades de los fluidos •Densidad •Viscosidad •pH •Composición química •Conducción del calor •Grado de filtrado Funciones de los fluidos •Enfriar y limpiar el trépano •Acarrear los recortes que genera el trépano •Mantener en suspensión los recortes y sólidos •Mantener la estabilidad de la pared del pozo •Evitar la entrada de fluidos al pozo Mecánica de la operación de perforación •Prep aración de los fluidos de inyección •Enroscar trépano en vástago, calzado en mesa rotatoria. •Circulación de fluido => apoyo de trépano en superficie => perforación (verticalidad). •Agregar portamechasy tubos de perforación Importancia de la circulación del fluido•Solo se
interrumpe al agregar barras de sondeo o por el cambio de trépano. El pozo debe mantenerse siempre lleno de fluido.•No cumplir esto puede ocasionar: -Derrumbe del pozo-Surgencias fuera de control (blow outs SISTEMA DE CIRCULACION La JOSE LUIS HERNANDEZ SANCHEZ
mayor función de un sistema de circulación es remover los recortes del agujero mientras la perforación avanza. El fluido de perforación o lodo, es una mezcla de agua y agentes químicos (aditivos ), a veces se utiliza diesel en vez de agua o se añade un poco de diesel al agua para darle ciertas propiedades. El fluido de perforación debe cumplir con las siguientes funciones: Transportar los recortes y derrumbes a superficie Mantener los recortes en suspensión Control de presión Enfriar y lubricar el trépano Sostener las paredes del pozo Suspensión de la sarta y tubería de revestimiento
Transmisión de energía hidráulica
La circulación del lodo empieza en el tanque de succión. La bomba succiona el lodo del tanque, después que el lodo sale de las bombas a alta presión, este fluido viaja a través de la tubería vertical, manguera de inyección que esta conectada a la cabeza de inyección, el lodo entra por la cabeza de inyección baja por el cuadrante o Kelly. EQUIPOS DE CIRCULACIÓN Es uno de los mayores componentes en el sistema. El equipo mueve físicamente el lodo, esta compuesto por: Bombas de Lodo Tubería Vertical (Stand Pipe) Manguera de Inyección Unión Giratoria Cuadrante Sarta de Perforación Equipos de Control de Solidos Equipo de Mezclado BOMBAS DE LODO Estas bombas son el corazón del sistema de circulación. Su función principal es el de mover grandes volúmenes de lodo a bajas y altas presiones. Las más comunes son las bombas duplex y triplex Bombas Duplex: Son bombas que llevan dos cilindros, y son de doble acción, es decir desplazan lodo en dos sentidos en la carrera de ida y vuelta Este tipo de bomba queda definido por: diámetro del vástago del pistón, diámetro de la camisa y la longitud de la camisa. BOMBAS DE LODO Bombas Triplex: Son bombas que llevan tres cilindros, y son de simple acción, es decir desplazan el lodo en un solo sentido, este tipo de bomba queda definido por diámetro de la camisa y longitud de la camisa Manguera de Inyección Es una manguera de goma reforzada, flexible y extremadamente fuerte. La característica de flexibilidad permite bajar y elevar la tubería de perforación durante las operaciones de perforación mientras el lodo se esta bombeado a través y hacia debajo de la tubería Es extremadamente durable, transporta fluido extremadamente abrasivo bajo presión. Son por lo general de 7.62 mm o más de diámetro interior para que no se tengan en ellas caída de presión apreciable y están disponibles en largos mayores a 75 pies Separador Gas/Lodo Los separadores de gas/lodo son las primeras unidades del equipo de control de sólidos, es una unidad que separa y ventea o quema el gas del lodo que sale del pozo y que hubiera sido contaminada durante la perforación. Los separadores de gas lodo no tiene parte móviles y el proceso de separación se lleva a cabo por diferencia de densidades entre el gas y el lodo. Zaranda Vibratoria La zaranda vibratoria, tiene como función primaria separar la fracción más gruesa de los recortes, partículas entre 74 (mesh 200 x 200) y 600 micrones (mesh 30 x 30 Se compone de una o varias mallas separadas que están montadas en un caja
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vibratoria que es movida por un motor eléctrico, el cual a través de poleas o ejes, le imprime la vibración necesaria para separar los sólidos del fluido Sistema de seguridad
Esta compuesto principalmente por las válvulas, impide reventones que se instalan en la boca de el pozo para controlar las altas presiones a las q sale el petroleo una vez que se haya llegado al yacimiento. Sistema de potencia
Anteriormente solía componerse por enormes calderas y motores a vapor, pero por razones de seguridad y espacio fue sustituido por motores diésel que eran de reducido tamaño pero de mucha más eficacia. Actualmente las salas de máquinas de los taladros se suelen dividir en distintas etapas para mayor eficacia.
Tuneladora
Tipos de tuneladora
Se distinguen dos grandes grupos: los topos y los escudos , aun cuando también existen tuneladoras mixtas como las que excavan actualmente la línea 9 del metro de Barcelona.
Los topos son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los
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escudos es que no están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte que realiza la función de entibación provisional.
Foto de un modelo a escala de la tuneladora empleada para el Túnel de San Pedro, Ministerio de Fomento de España .
La fuerza de empuje se transmite a la cabeza de corte mediante cilindros (cilindros de empuje). La reacción producida se transmite al hastial del túnel mediante los grippers (fuerza de anclaje). Los grippers también compensan el par producido por la cabeza de corte, que se transmite a éstos a través de la viga principal. Cuando se ha terminado un ciclo de avance, se necesita reposicionar las zapatas de agarre (grippers), para la cual se apoya la viga principal en el apoyo trasero. Una vez anclados los grippers en su nuevo emplazamiento, se libera el apoyo trasero y se inicia un nuevo ciclo de avance.
Los escudos son tuneladoras diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos, los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de JOSE LUIS HERNANDEZ SANCHEZ
donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático. Si se trata de una tuneladora de cabeza giratoria, suele estar equipada con picas, rastreles o rippers" (elementos que arrancan los suelos) y cortadores (elementos que rompen por identación la roca). También dispone de una serie de aperturas, frecuentemente regulables, por donde el material arrancado pasa a una cámara situada tras la rueda de corte y desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina.
Tras esta cámara se alojan los motores y el puesto de mando de la máquina, espacios completamente protegidos por la carcasa metálica. Seguidamente está todo el sistema de perforación: primero los cilindros perimetrales (con un recorrido entre 1,20 y 1,50 m). Estos gatos perimetrales se apoyan contra el último anillo colocado de dovelas del revestimiento definitivo del túnel. Cuando finaliza el recorrido de los cilindros de avance, se coloca un nuevo anillo de dovelas (en el interior de la carcasa, que se extiende algo más allá, de forma que el túnel siempre está sostenido) y se empieza un nuevo ciclo de excavación. Una inyección de mortero o grasa es necesaria para llenar el vacío de 7 a 9 cm de grueso entre las dovelas y el terreno excavado. Se distinguen dos grandes grupos de escudos, de entre los que se distinguen las tipologías que se explicitan a continuación:
Escudos de frente abierto : se usan cuando el frente del túnel es estable. El
sistema de excavación puede ser manual, mediante brazo fresador, con un brazo excavador o con una cabeza giratoria. En algunos casos, se puede colaborar con la estabilidad del frente una vez acabado cada ciclo con unos paneles a modo de reja. Con este tipo de máquina, si la cabeza no es giratoria, es posible trabajar con secciones no circulares. Escudos de frente cerrado : se usan cuando el frente del túnel es marcadamente inestable, por ejemplo en terrenos no cohesivos, saturados de agua, etc. La sección excavada ha de ser circular. tiene varios tipos:
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Escudos con cierre mecánico : la entrada y salida de material en el
cuarto de tierras se regula mediante dos puertas de apertura controlada hidráulicamente. La máquina tiene limitaciones con presencia de agua. Escudos presurizados con aire comprimido : prácticamente no se usan. con la inyección Escudos de bentonita o hidroescudos: de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material mediante bombeo. Escudos de balance de presión de tierras o EPBs: el material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo de Arquímedes. Variando la fuerza de empuje de avance y la velocidad de extracción del tornillo, se consigue controlar la presión de balance de las tierras, para que ésta garantice la estabilidad del frente y se minimicen los asentamientos en superficie. Para facilitar la evacuación de productos poco plásticos con tornillos, a menudo se han de inyectar productos químicos por aumentar la plasticidad de los terrenos. Hoy en día, las EPB son la tecnología predominante en cuando a excavación de túneles bajo nivel freático.
Doble Escudo, capaz de trabajar
como topo o como escudo, en función de la calidad del macizo rocoso, siendo la mejor solución para macizos con tramos de tipología variable suelo-roca. En este tipo de tuneladoras el escudo está dividido en dos partes, la delantera en la que se encuentra la cabeza de corte, y la zona trasera en la que se realiza el montaje del anillo de dovelas. El movimiento de estas dos partes del escudo es independiente, situándose los "grippers" en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede excavar mientras que en la cola del escudo se van montando los anillos de dovelas. De esta manera los rendimientos alcanzados con este sistema son mucho mayores que con un escudo simple. Este sistema se aplica en aquellos JOSE LUIS HERNANDEZ SANCHEZ
terrenos capaces de resistir la presión que transmiten los “grippers”. Al mismo
tiempo que los cilindros de empuje principal impulsan hacia delante el escudo de cabeza y la rueda de corte realiza la excavación, en el escudo trasero se procede al montaje de un nuevo anillo de dovelas de sostenimiento al abrigo del mismo. Cuando el terreno es más débil y no es capaz de resistir la presión de los “grippers”, la tuneladora funciona como escudo simple, cerrándose el hueco de
los "grippers", y apoyándose la tuneladora, mediante unos cilindros auxiliares, en el último anillo colocado, para así obtener la reacción necesaria para el empuje de la cabeza de corte (es decir, como trabaja un escudo normal). Por ello, trabajando en modo escudo, no es posible simultanear la excavación con el montaje del anillo de dovelas.
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